국내 연구진이 서로 다른 차원의 물질이 수평으로 결합된 새로운 혼합-차원 이종구조를 개발했다. 이는 유연하고 투명한 미래형 전자 소자 및 에너지 소자의 핵심 소재로 활용될 전망이다.

15일 아주대 유영동 교수(화학과) 연구팀은 혼합-차원 수평 이종구조를 합성하기 위한 새로운 방법을 개발했다고 밝혔다.

관련 내용은 ‘Te 유량 제어된 화학증기증착에 의해 합성된 1차원 Mo6Te6와 2차원 MoTe2로 이루어진 혼합-차원 수평 이종구조(Mixed-Dimensional In-Plane Heterostructures from 1D Mo6Te6 and 2D MoTe2 Synthesized by Te‐Flux‐Controlled Chemical Vapor Deposition)’라는 논문으로 나노 분야 국제 학술지 <Small>의 11월 26일자 표지 논문으로 선정됐다.

아주대 대학원 석박사 통합과정의 김현경 학생이 제1저자로 참여했다.

2차원 반도체 물질인 전이금속 칼코겐 화합물은 유연하고 투명하면서 뛰어난 전자 및 광학적 특성을 가져 웨어러블 전자기기, 롤러블 디스플레이와 같은 차세대 전자소자 및 에너지 소자로 활용이 가능하다.

하지만 지금까지는 실제 소자를 만들기 위해 2차원 반도체와 금속 전극을 통합할 때, 큰 접촉 저항이 발생해 소자의 성능이 큰 폭 제한되는 한계가 존재했다.

이에 아주대 연구팀은 전구체의 유량을 제어하는 화학증기증착 방법을 사용해 합성되는 물질의 차원을 조절했으며, 이를 통해 서로 다른 차원의 물질이 결합된 금속-반도체 이종구조를 합성해 냈다.

금속성을 지니는 1차원 몰리브데넘 텔루라이드(Mo6Te6)와 반도체 성질을 지니는 2차원 몰리브데넘 디텔루라이드(MoTe2)가 기존의 수직 방향이 아닌 수평 방향으로 결합해 새로운 혼합-차원 수평 이종구조를 형성했다.

연구팀은 이를 기반으로 접촉 저항 문제 해결을 위한 새로운 방향을 제시하는 데 성공했다.

아주대 연구팀은 또 유량 제어를 통해 1차원 및 2차원 물질과 같은 저차원 물질의 합성에 대한 자세한 메커니즘을 규명했다.

단위 시간 당 공급되는 Te의 양이 적을 때에는 Mo 원자와 Te 원자가 1:1 비율이 되는 1차원 Mo6Te6가 합성되고, 단위 시간 당 공급되는 Te의 양이 많을 때에는 Mo 원자와 Te 원자가 1:2의 비율이 되는 2차원 MoTe2가 얻어진다.

이 메커니즘을 기반으로 하면 혼합-차원 물질뿐 아니라 1차원 및 2차원 물질을 선택적으로 합성할 수 있다. 합성된 다양한 저차원 물질들은 전자, 광전자, 촉매 분야 등에 응용이 가능하다.

유영동 아주대 교수는 “이번에 개발한 합성법은 공정이 간단하며 확장성이 커서, 이를 기반으로 더욱 다양한 형태의 혼합-차원 이종구조를 생산할 수 있을 것”이라며 “합성된 혼합-차원 이종구조가 구부러지고 투명한 차세대 전자 및 에너지 소자를 위한 핵심 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 전했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

[ 경기신문 = 김기현 기자 ]